專利名稱：一種具有u形管束防振裝置的管殼式換熱器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及裝備工程中的管殼式換熱器技術，特別是涉及用于石油化工、煤炭化工、化肥工業(yè)、空調(diào)制冷、電力設施的熱交換專用的一種具有U形管束防振裝置的管殼式換熱器。
背景技術：
現(xiàn)有技術中，管殼式換熱器是應用最為廣泛的一種熱交換器，管殼式換熱器又稱為列管式換熱器或者列管式冷凝器，廣泛應用于化工、石油、醫(yī)藥、食品、輕工、冶金、焦化等領域中的“液——液”、“汽——汽”、“汽——液”熱交換的對流傳熱，以及蒸汽冷凝和液體蒸發(fā)傳熱等換熱冷凝流程?，F(xiàn)有技術中的管殼式換熱器通常的結構如圖1所示，一般是由管束2、管殼3、管箱4等主要構件組成，其中，管束2是管殼式換熱器的核心構件，管束2通常由換熱管1、支持板(或者折流板)和管板組成，成排的換熱管1通過支持板(或者折流板)支承，其兩端穿進管板的管孔中，并與管板相連接，從而保證接頭的密封性和強度。通過管束2與管箱4的隔板的組合，可以將換熱管1分成幾個流程，以便介質(zhì)在換熱管1內(nèi)來回流動，從而能夠延長換熱流程，增加換熱時間，充分地與管外的殼程介質(zhì)換熱。當換熱管1管內(nèi)的熱交換介質(zhì)為冷介質(zhì)，管外的熱交換介質(zhì)為強制對流的煙氣時，則構成加熱爐方式；當換熱管1管內(nèi)的熱交換介質(zhì)為熱介質(zhì)，管外的熱交換介質(zhì)為強制對流的空氣時，則構成冷卻器方式；加熱爐方式和冷卻器方式均為熱交換器的一種熱交換方式。這種管殼式換熱器的制造工藝較為成熟，安全性能也較高，是換熱設備中關鍵的能耗設備。根據(jù)間壁傳熱原理，一臺換熱設備的傳熱效率是通過傳熱能力相對較差的一側(cè)傳熱能力反映，而就目前的結構而言，這一側(cè)往往是殼程。因此，長期以來，人們往往通過改進殼程管束折流板的結構來改善整體換熱設備的換熱效果。隨著社會經(jīng)濟和技術的發(fā)展，石油化工裝置的建設規(guī)模越來越大，新建換熱器的結構尺寸和處理量也越來越大，舊裝置的舊換熱器的處理能力有時也要超負荷運行，換熱器管束在強流體介質(zhì)的沖擊下發(fā)生振動，不但產(chǎn)生噪音污染環(huán)境，還磨損破壞換熱管，造成設備內(nèi)漏，從而影響化工產(chǎn)品的生產(chǎn)及質(zhì)量，甚至向外泄漏而污染環(huán)境。另一方面，現(xiàn)有技術中在用的普通U形管束一般都很少設置防振裝置，目前在用的GB151-1999《管殼式換熱器》關于管束振動的附件E屬于參考件，設計標準中并沒有關于U形管段防振強制結構的記載。并且，由于該標準歷經(jīng)十多年未作修訂及補充，已無法滿足工程技術的需要，如果這類U形管束的U形管段存在泡狀沸騰的工況，則對防振的要求則更加嚴格，因此，針對U形管段的振動進行分析，研究各種不同的防振措施顯得尤為重要。如
中國發(fā)明專利申請(公開號為CN 85108586A)公開了一種“熱交換器傳熱管的防振動支撐裝置”，其技術方案為“包括插在相鄰的傳熱管列之間的長方形薄支持板，且該支持板的兩側(cè)邊緣上具有與該傳熱管相吻合的近似半圓形的缺口，插進該支持板時，是使支持板的內(nèi)、外兩面均面對著各傳熱管的外表面，且使該支持板的長度方向與各傳熱管的軸線相垂直，插到該傳熱管列之間，然后使該支持板以其長度方向的中心線為軸線轉(zhuǎn)動90°，轉(zhuǎn)動以后，支持板上得近似半圓形的缺口與各傳熱管相吻合?！鄙鲜黾夹g方案是對管束的直管段采取的防振措施，不適用于U形管束的防振，而且傳熱管在受到振動的影響后，較易與支持板上的近似半圓形的缺口之間發(fā)生摩擦，從而影響傳熱管的使用壽命；同時安裝、組裝也較為復雜。中國實用新型專利(授權公告號為CN 200958915Y)公開了一種“百萬等級單列高壓加熱器分段式U形管防振柵架”，其技術方案為“由隔板、上支撐板、中間支撐板、下支撐板、頂板、柵板、加強圈組成，上支撐板、中間支撐板和下支撐板兩端下面交叉，由加強圈固定，底部與隔板連接，上面均勻分開組成弧形，在上支撐板、中間支撐板、下支撐板中間的頂板上設有用于固定U形管的柵板?！鄙鲜黾夹g方案是對U形管彎管處超過標準規(guī)定的無支撐長度部分采取分四段進行支撐，使每段管子的無支撐長度都控制在標準之內(nèi)，防止U形管發(fā)生振動，延長加熱器的運行壽命，提高機組的安全運行率。然而，該技術方案存在以下不足之處
其一，依賴于隔板固定整體，各個部件均需與隔板進行固定連接。其二，僅適用于彎曲半徑單一的一排U形管。其三，用于固定U形管的柵板只有一種長度規(guī)格，而且柵板只有一端連接起來，其結構剛性差，容易受外在因素影響于平行于管束的平面內(nèi)發(fā)生偏移，因此，一般只能在電站行業(yè)的單列式加熱器中應用。其四，柵板的固定方式較為復雜，結構部件較多。并且，上述提到的設置防振裝置的U形管束中，還存在如下不足之處
(1)由于對U形管束振動的機理認識尚不徹底，導致針對有害振動的各種預防措施的理論背景不明，具體表現(xiàn)在支持結構上形式零散，組件尺寸過大，阻礙流體流動，增大流動阻力，或者存在著流動滯止死區(qū)，導致傳熱效率降低；( 對石油化工業(yè)等非電站行業(yè)常用的一臺多管程換熱器，管板在不同管程受熱不均勻的情況下，不同象限的熱應力和換熱管與管板之間強度焊的約束力疊加，如果U形管的熱膨脹不能自由伸長，在管板的內(nèi)部將產(chǎn)生強大的剪切應力，導致從管板薄弱環(huán)節(jié)產(chǎn)生疲勞裂紋；C3) —般管板本身的強度設計及換熱管與管頭的連接強度設計，均未考慮同一 U形管束中不同U形管段之間相互引起的熱應力，如果把該熱應力疊加到原來的設計載荷上，原來的結構設計強度就可能不夠，因此U 形管段的防振支持結構不應使不同管程的換熱管之間有強制的相互牽扯，應能夠各自沿管束的軸向自由伸展；(4)由于防振裝置的結構偏差未得到控制，使得很多結構達不到設計的要求；(5)僅對U形管段采取強制措施，使得防振效果不理想。因此，針對上述現(xiàn)有技術中存在的問題進行改進，在工程技術領域具有極為深遠和重大的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術中的不足之處而提供一種能夠提高管束質(zhì)量，并延長管束使用壽命的具有U形管束防振裝置的管殼式換熱器。本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn)
提供了一種具有U形管束防振裝置的管殼式換熱器，包括有U形管束、管殼和管箱，所述U形管束包括有兩個直管段層和U形管段層，所述U形管段層呈階梯狀排列設置，其特征在于所述U形管段層設置有一組或者一組以上的防振組件；所述防振組件包括有夾持件、中心柱、限位件和連接件，所述夾持件分別設置于所述U形管段層中相鄰的兩根U形管段之間，所述夾持件的一段設置于所述U形管段層的內(nèi)部，所述夾持件的另一段平伸至所述U形管段層的外部，所述夾持件的一段均設置有安裝孔，所述中心柱穿設于所述安裝孔、且其兩端部分別與所述連接件連接，所述限位件分別設置于所述夾持件的兩側(cè)、并與所述連接件固定連接。其中，夾持件的厚度與所述U形管段層中相鄰的兩根U形管段之間的間隙相匹配，且所述夾持件所在的平面與所述U形管段層的管束中心線所在的平面平行設置。其中，夾持件的一端呈同一直線設置，且垂直于所述U形管段層的管束中心線所在的平面；所述夾持件的另一端呈階梯狀設置。其中，夾持件的另一端超出所述限位件的長度為5mm 10mm。其中，夾持件為直圓管、直圓桿、直方桿、直鋼片和扁直鋼管中的任一種夾持件。其中，限位件的最外端與所述U形管束中位于最外層的U形管段之間的距離為20mmo其中，限位件為弧形板狀結構的限位件。其中，U形管段層設置有兩組或者兩組以上的防振組件，所述防振組件沿所述U形管段層等間距設置。其中，U形管束的直管段層和U形管段層的連接處設置有至少一個支持板。其中，管殼上部的流體進口設置有防沖板，所述管殼下部的流體出口設置有防渦流裝置。本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的一種具有U形管束防振裝置的管殼式換熱器，包括有U形管束、管殼和管箱，U形管束包括有兩個直管段層和U形管段層，U形管段層呈階梯狀排列設置，其中，U形管段層設置有一組或者一組以上的防振組件；防振組件包括有夾持件、中心柱、限位件和連接件，夾持件分別設置于U形管段層中相鄰的兩根U形管段之間，夾持件的一段設置于U形管段層的內(nèi)部，夾持件的另一段平伸至U形管段層的外部，夾持件的一段均設置有安裝孔，中心柱穿設于安裝孔、且其兩端部分別與連接件連接，限位件分別設置于夾持件的兩側(cè)、并與連接件固定連接。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明不同于現(xiàn)有技術中的防振裝置僅考慮防振而不考慮換熱管的熱脹自由伸長的問題，能夠同時滿足換熱管的熱脹自由伸長以及預防流體誘導振動的要求，而且具有結構簡單、結構剛性好、管束質(zhì)量高、使用壽命長的特點。


利用附圖對本發(fā)明作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本發(fā)明的任何限制，對于本領域的普通技術人員，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。圖1是現(xiàn)有技術中的一種管殼式換熱器的結構示意圖。圖2是本發(fā)明的一種具有U形管束防振裝置的管殼式換熱器的U形管束的結構示意圖。
圖3是圖2的“A”向的結構示意圖。圖4是本發(fā)明的一種具有U形管束防振裝置的管殼式換熱器的U形管束的另一種實施例的結構示意圖。在圖1、圖2、圖3和圖4中包括有
1——換熱管、
2——U形管束、21——直管段層、22——U形管段層、
3——管殼、4——管箱、5——流體進口、6——流體出口、7—一支持板、
8——防振組件、81——中心柱、82——夾持件、83——限位件、84——連接件。
具體實施例方式
結合以下實施例對本發(fā)明作進一步描述。實施例1
本發(fā)明的一種具有U形管束防振裝置的管殼式換熱器的具體實施方式
之一，參考圖1所示，包括有U形管束2、管殼3和管箱4，U形管束2包括有兩個直管段層21和U形管段層22，U形管段層22呈階梯狀排列設置，上述技術特征與現(xiàn)有技術中的管殼式換熱器的結構相同。該管殼式換熱器也具備現(xiàn)有技術中的管殼式換熱器的其它基本結構。需要說明的是，圖2和圖3中的X方向為U形管束的中心軸線的方向(即管束熱脹伸長的方向)，Y方向為U形管束中U形管段的層面方向，Z方向為U形管束中U形管層間方向。本發(fā)明的改進之處在于，如圖2和圖3所示，U形管段層22設置有一組或者一組以上的防振組件8 ；防振組件8包括有夾持件82、中心柱81、限位件83和連接件84，夾持件82分別設置于U形管段層22中相鄰的兩根U形管段之間，夾持件82的一端設置于U形管段層22的內(nèi)部，夾持件82的另一端平伸至U形管段層22的外部，夾持件82的一端均設置有安裝孔，中心柱81穿設于安裝孔、且其兩端分別與連接件84連接，限位件83分別設置于夾持件82的兩側(cè)、并與連接件84固定連接。具體的為，限位件83包括第一限位件和第二限位件，連接件84包括第一連接件和第二連接件，夾持件82的兩側(cè)沿Y方向被第一限位件和第一限位件限位，不能沿夾持件82的兩側(cè)方向隨意擺動，同時，第一限位件以及第二限位件的兩端分別與設置于中心柱81上端面的第一連接件和設置于中心柱81下端面的第二連接件采用焊接的固定方式固定而不能隨意松動。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明不同于現(xiàn)有技術中的防振裝置僅考慮防振而不考慮換熱管1的熱脹自由伸長的問題，能夠同時滿足換熱管1的熱脹自由伸長以及預防流體誘導振動的要求，而且具有結構簡單、結構剛性好、管束質(zhì)量高、使用壽命長的特點。具體的，夾持件82的厚度與U形管段層22中相鄰的兩根U形管段之間的間隙相匹配，且夾持件82所在的平面與U形管段層22的管束中心線所在的平面平行設置。具體的，夾持件82的一端呈同一直線設置，且該直線垂直于U形管段層22的管束中心線所在的平面；夾持件82的另一端呈階梯狀設置。夾持件82應能夠與U形管段層22中的U形管段一起沿管束的軸線方向自由伸展。具體的，夾持件82的另一端超出限位件83的長度為5mm 10mm。U形管束2的不同U形管段之間不應有強制的相互牽扯，應能夠各自沿管束的軸線方向自由伸展。
具體的，夾持件82為直圓管、直圓桿、直方桿、直鋼片和扁直鋼管中的任一種夾持件82。具體的，限位件83的最外端與U形管束2中位于最外層的U形管段之間的距離為 20mm。限位件83的最外端與最外層的U形管段的表面之間留有20mm的間隙，相連后的限位件83的最外端并不是緊密包裹到最外層的U形管段的表面。具體的，限位件83為弧形板狀結構的限位件83。具體的，U形管束2的直管段層21和U形管段層的連接處設置有至少一個支持板 7。能夠縮短U形管段層22中各個U形管的懸臂結構長度，也消除流體流經(jīng)U形管段的橫向流速，避免引起振動。具體的，管殼3上部的流體進口 5設置有防沖板，管殼3下部的流體出口 6設置有防渦流裝置。通過在管殼3的流體進口 5和流體出口 6分別采取相應的措施，同時再連同防振組件8 —起使得防振效果好。本發(fā)明的一種具有U形管束防振裝置的管殼式換熱器的組裝步驟包括
第一，按傳統(tǒng)的方式制作U形管束2、U形管束2的管板、支持板7等部件，同時增加制作中心柱81、夾持件82、連接件84、限位件83等防振組件8。第二，再按傳統(tǒng)的方式組裝管束的同時，在每一層U形管段的上面增加放置相應長度的一塊夾持件82。第三，繼續(xù)按傳統(tǒng)的方式組裝U形管，當組裝了兩層U形管段時，增加安裝中心柱 81。第四，繼續(xù)組裝U形管段和夾持件82，直至完畢。第五，再安裝防振組件8中的限位件83，其兩端與連接件84相焊接。第六，將中心柱81的上下兩端分別與連接件84的上下兩端相焊接。傳統(tǒng)的管殼式換熱器已在各種煉油、化工、化肥、空冷等熱交換器中廣泛應用，并且已經(jīng)產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。本發(fā)明適用于各種不同彎曲半徑的U形管組合到一起的一組U形管束2，且其夾持件82與不同的U形管的彎曲半徑擁有相應長度的規(guī)格，夾持件82 的一端被中心柱81固定限定，其兩側(cè)均分別被限位件83限位，具有整體結構剛性好的特點，能夠在多種行業(yè)的U形管排或管束中加以應用。實施例2
本發(fā)明的一種具有U形管束防振裝置的管殼式換熱器的具體實施方式
之二，如圖4所示，本實施例的主要技術方案與實施例1相同，在本實施例中未解釋的特征，采用實施例1 中的解釋，在此不再進行贅述。本實施例與實施例1的區(qū)別在于，U形管段層22設置有兩組防振組件8，防振組件8沿U形管段層22等間距設置。另外，根據(jù)管束直徑的大小以及設計的需要，U形管段層22上安裝的防振組件8的數(shù)量還可以為三組或者其它數(shù)量。最后應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對本發(fā)明保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的實質(zhì)和范圍。
權利要求
1.一種具有U形管束防振裝置的管殼式換熱器，包括有U形管束、管殼和管箱，所述U 形管束包括有兩個直管段層和U形管段層，所述U形管段層呈階梯狀排列設置，其特征在于所述U形管段層設置有一組或者一組以上的防振組件；所述防振組件包括有夾持件、中心柱、限位件和連接件，所述夾持件分別設置于所述U形管段層中相鄰的兩根U形管段之間，所述夾持件的一段設置于所述U形管段層的內(nèi)部，所述夾持件的另一段平伸至所述U形管段層的外部，所述夾持件的一段均設置有安裝孔，所述中心柱穿設于所述安裝孔、且其兩端部分別與所述連接件連接，所述限位件分別設置于所述夾持件的兩側(cè)、并與所述連接件固定連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種具有U形管束防振裝置的管殼式換熱器，其特征在于 所述夾持件的厚度與所述U形管段層中相鄰的兩根U形管段之間的間隙相匹配，且所述夾持件所在的平面與所述U形管段層的管束中心線所在的平面平行設置。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種具有U形管束防振裝置的管殼式換熱器，其特征在于 所述夾持件的一端呈同一直線設置，且垂直于所述U形管段層的管束中心線所在的平面； 所述夾持件的另一端呈階梯狀設置。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種具有U形管束防振裝置的管殼式換熱器，其特征在于 所述夾持件的另一端超出所述限位件的長度為5mm 10mm。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種具有U形管束防振裝置的管殼式換熱器，其特征在于 所述夾持件為直圓管、直圓桿、直方桿、直鋼片和扁直鋼管中的任一種夾持件。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種具有U形管束防振裝置的管殼式換熱器，其特征在于 所述限位件的最外端與所述U形管束中位于最外層的U形管段之間的距離為20mm。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種具有U形管束防振裝置的管殼式換熱器，其特征在于 所述限位件為弧形板狀結構的限位件。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種具有U形管束防振裝置的管殼式換熱器，其特征在于 所述U形管段層設置有兩組或者兩組以上的防振組件，所述防振組件沿所述U形管段層等間距設置。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種具有U形管束防振裝置的管殼式換熱器，其特征在于 所述U形管束的直管段層和U形管段層的連接處設置有至少一個支持板。
10.根據(jù)權利要求1所述的一種具有U形管束防振裝置的管殼式換熱器，其特征在于 所述管殼上部的流體進口設置有防沖板，所述管殼下部的流體出口設置有防渦流裝置。
全文摘要
一種具有U形管束防振裝置的管殼式換熱器，包括有U形管束、管殼和管箱，U形管束包括有兩個直管段層和U形管段層，U形管段層呈階梯狀排列設置，其中，U形管段層設置有一組或者一組以上的防振組件；防振組件包括有夾持件、中心柱、限位件和連接件，夾持件分別設置于U形管段層中相鄰的兩根U形管段之間，夾持件的一端設置于U形管段層的內(nèi)部，夾持件的另一端平伸至U形管段層的外部，夾持件的一端均設置有安裝孔，中心柱穿設于安裝孔、且其兩端分別與連接件連接，限位件分別設置于夾持件的兩側(cè)、并與連接件固定連接。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有結構簡單、結構剛性好、管束質(zhì)量高、使用壽命長的特點。
文檔編號F28D7/06GK102393159SQ20111027564
公開日2012年3月28日 申請日期2011年9月16日 優(yōu)先權日2011年9月16日
發(fā)明者陳孫藝 申請人:茂名重力石化機械制造有限公司